算法表示概念掃盲


 

 

常數階O(1)

常數又稱定數,是指一個數值不變的常量,與之相反的是變量

為什么下面算法的時間復雜度不是O(3),而是O(1)。

int sum = 0,n = 100; /*執行一次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行一次*/  
printf("%d", sum); /*行次*/ 

這個算法的運行次數函數是f(n)=3。根據我們推導大O階的方法,第一步就是把常數項3改為1。在保留最高階項時發現,它根本沒有最高階項,所以這個算法的時間復雜度為O(1)。

另外,我們試想一下,如果這個算法當中的語句sum=(1+n)*n/2有10句,即:

int sum = 0, n = 100; /*執行1次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第1次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第2次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第3次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第4次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第5次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第6次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第7次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第8次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第9次*/  
sum = (1+n)*n/2; /*執行第10次*/  
printf("%d",sum); /*執行1次*/ 

事實上無論n為多少,上面的兩段代碼就是3次和12次執行的差異。這種與問題的大小無關(n的多少),執行時間恆定的算法,我們稱之為具有O(1)的時間復雜度,又叫常數階。

注意:不管這個常數是多少,我們都記作O(1),而不能是O(3)、O(12)等其他任何數字,這是初學者常常犯的錯誤。

 

推導大O階方法

1.用常數1取代運行時間中的所有加法常數

2.在修改后的運行次數函數中,只保留最高階項

3.如果最高階項存在且不是1,則去除與這個項相乘的常數

  

對數階O(log2n) 

對數

如果a的x次方等於N(a>0,且a不等於1),那么數x叫做以a為底N的對數(logarithm),記作x=logaN, 。其中,a叫做對數的底數,N叫做真數。
5^2 = 25 , 記作 2= log5 25
對數是一種運算,與指數是互逆的運算。例如

① 3^2=9 <==> 2=log<3>9;

② 4^(3/2)=8 <==> 3/2=log<4>8;

③ 10^n=35 <==> n=lg35。為了使用方便,人們逐漸把以10為底的常用對數記作lgN

 

對數階

int count = 1;

while (count < n)

{    

count = count * 2; /* 時間復雜度為O(1)的程序步驟序列 */

}


由於每次count乘以2之后,就距離n更近了一分。

也就是說,有多少個2相乘后大於n,則會退出循環。

由2^x=n得到x=log2n。所以這個循環的時間復雜度為O(logn)。

 

線性階O(n)  

執行時間隨問題規模增長呈正比例增長

data = [ 8,3,67,77,78,22,6,3,88,21,2]
find_num = 22
for i in data:
    if i == 22:
        print("find",find_num,i )

 

線性對數階O(nlog2n)

 

 

平方階O(n^2)

for i in range(100):

    for k in range(100):
        print(i,k)

  

立方階O(n^3)
k次方階O(n^k),
指數階O(2^n)。
隨着問題規模n的不斷增大,上述時間復雜度不斷增大,算法的執行效率越低。  

 

 


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